CN102658773A - 一种插电式混合动力客车机电耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插电式混合动力客车机电耦合系统，包括辅助动力系统区、能量源区、传动系统区和控制及信号区；本发明的插电式混合动力客车机电耦合系统基于混联方式的插电式混合动力机电耦合系统综合了串联混合动力和并联混合动力的特点，可以使发动机和驱动电机在任何工况下都工作在高效区，使用范围更加广泛，而且具有通过系统的高度集成及一体化控制达到提高整车可靠性及降低能耗的目标，并满足批量化生产要求的优点。

Description

一种插电式混合动力客车机电耦合系统

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种插电式混合动力客车机电耦合系统。

背景技术

近年来，世界石油市场价格波动剧烈，各国政府纷纷调整本国的能源策略，加之汽车尾气排放造成了城市空气的严重污染，随着经济的迅速发展，国家对能源节约和环境保护的重视日益提高，国内外正在兴起一场电动车的研究开发热潮。

插电式混合动力客车兼具混合动力客车和纯电动客车的特点，它与纯电动客车同样有着电机独立驱动的工作模式，完全可以满足客车低速大扭矩和高速行驶的要求。其能量来源不仅来自于外充电也可以来自于发电机组。插电式混合动力客车可以根据不同运营环境选择纯电动、插电式、混合动力等多种工作模式，达到明显的节能减排效果，是由混合动力客车向纯电动客车过渡的最佳产品。

2008年，科技部在“十一五”863计划中设立插电式混合动力客车研发课题，2011年，国家发改委设立插电式混合动力机电耦合驱动系统专项，支持插电式混合动力机电耦合系统研发与产业化工作。2010年起，国家有关部门将混合动力客车列为节能型客车，而将插电式混合动力客车和纯电动客车列为新能源客车，并且在十二五期间加大支持力度。但是目前还没有一款机电耦合系统完全适用于插电式混合动力客车使用，制约了插电式混合动力客车的产业化推广工作。公司结合十一五863计划——插电式混合动力客车整车开发课题的实施，开发了一种新型的插电式混合动力客车机电耦合系统，通过系统的高度集成与一体化控制达到降低整车能耗及提高整车可靠性的目标。本系统的开发将有力促进插电式混合动力客车技术发展，逐步实现批量生产和市场推广；同时可向传统汽车技术扩散，带动我国汽车产业快速发展。

从技术路线角度考虑，串联、并联、混联都具备实现可充电混合动力客车的可行性，其中最容易实现的是串联和混联，而随着近几年混合动力技术的不断发展，串联混合动力逐渐偏离了主流技术路线，比较流行且相对成熟的混合动力方式是并联和混联。国内已开发成功的插电式混合动力客车都是基于串联技术路线的，尚无综合串联混合动力和并联混合动力两者优点的技术线路。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于插电式混合动力客车的机电耦合系统，它基于混联方式的插电式混合动力机电耦合系统综合了串联混合动力和并联混合动力的特点，可以使发动机和驱动电机在任何工况下都工作在高效区，使用范围更加广泛，而且具有通过系统的高度集成及一体化控制达到提高整车可靠性及降低能耗的目标，并满足批量化生产要求的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本插电式混合动力客车机电耦合系统由以下4区组成：辅助动力系统区、能量源区、传动系统区和控制及信号区；

辅助动力系统区包括电动打气泵及打气泵控制器、电动助力转向及助力转向控制器、逆变器；能量源区包括发电机及发电机控制器、动力电池及电池管理系统、充电设备；传动系统区包括发动机、离合器及离合器分泵、驱动电机及电机控制器；控制及信号区包括整车控制器、数字仪表、中控信号档位信号、手刹信号、油门踏板、刹车踏板；      

具体连接方式为：驱动电机为低速大扭矩异步交流电机，该电机同时具有输入、输出轴，其一端为与发电机花键吻合的输入轴，并且具有和发电机飞轮壳吻合的连接法兰盘，另一端为与传动轴链接的输出法兰盘，通过将发电机的飞轮壳和驱动电机的连接法兰盘相连接，干式离合器嵌在发电机的飞轮壳和驱动电机的连接法兰盘之间；驱动电机的输出法兰盘通过传动轴直接和驱动桥相连接， 发动机通过皮带或齿轮连接发电机，上述连接全部为机械连接；

发电机通过三相电缆线和发电机控制器连接，发电机控制器通过两相电缆线和动力电池连接；动力电池通过两相电缆线分别和电动打气泵控制器、电动助力转向控制器、逆变器、充电设备、电机控制器相连接；电动打气泵控制器通过三相电缆线和电动打气泵连接；电动助力转向控制器通过三相电缆线和电动助力转向相连接；逆变电源通过电瓶线和电池连接；电机控制器通过三相电缆线和驱动电机连接；发电机、发电机控制器、电池管理系统、整车控制器通过控制器局域网络连接；电机控制器、整车控制器、数字仪表通过控制器局域网络连接；中控信号档位信号、手刹信号、油门踏板、刹车踏板通过物理线和电机控制器相连接；动力电池通过物理线和电池管理系统相连接；

所述能量源区还可以增加变速箱，所述变速箱一端连接驱动电机的输出法兰盘，另一端通过传动轴连接驱动桥，此时就可以将驱动电机的功率减小。 

发电机可以为永磁同步电机也可以为异步交流电机。该发电机侧挂在发动机的一侧。

所述发电机同时具有发电及ISG功能

具体工作方式如下：驱动电机的工作状态由电机控制器协调完成。该驱动电机和发电机、干式离合器进行机械化集成，构成整车驱动系统链。离合器由液压驱动的离合器分泵进行控制，通过整车控制器控制离合分泵的供油从而构成电控液压自动离合器系统，实现发电机和驱动电机的自动动力耦合。

该驱动系统配置的发电机可以为永磁同步电机也可以为异步交流电机。该发电机侧挂在发动机的一侧，缩短了动力系统的前后尺寸，发电机通过发电机控制器实现与动力电池的电气连接。该发电机同时具有发电及ISG功能，可以通过发电机控制器将发电机发出的交流电逆变成直流电传输给电池，也可以将电池内的直流电逆变成交流电传输给电机启动发动机，而整个过程都是由整车控制器根据整车及零部件状态、司机操作中控信号档位信号、手刹信号、油门踏板、刹车踏板等信号综合协调完成的。

由于插电式混合动力客车具有较长的纯电动行驶工况，因此对发动机进行了重新匹配标定，调整了发动机的高效区，并去掉了发动机的循环水泵、发电机、辅助动力系统等部件，使其装车时成为真正的裸机。对辅助系统进行了电动化设计。

为了验证该系统的实车搭载效果，公司在对研发的插电式混合动力客车机电耦合系统进行了台架试验之后，于2010年开发了插电式混合动力客车LCK6105CHEV，并进行了可靠性与定型试验，经过实际道路检测，该插电式混合动力客车的故障间隔里程超过5000公里，综合节油率达到50%以上。该车已于2011年5月获批国家汽车产品公告第225批并如期获得国家节能与新能源汽车产品补贴目录，说明了本插电式混合动力客车机电耦合系统具备了产品化能力，达到了设计效果。

本发明的有益效果是，基于混联方式的插电式混合动力机电耦合系统综合了串联混合动力和并联混合动力的特点，可以使发动机和驱动电机在任何工况下都工作在高效区，使用范围更加广泛，而且具有通过系统的高度集成及一体化控制达到提高整车可靠性及降低能耗的目标，并满足批量化生产要求的优点。

附图说明

图1是插电式混合动力机电耦合系统拓扑结构图。

其中，1、柴油发动机；2、离合器；3、驱动电机；4、离合器分泵；5、发电机；6、发电机控制器；7、电池管理系统；8、整车控制器；9、助力转向控制器；10、动力电池；11、充电座；12、充电枪；13、电机控制器；14、充电机；15、混合动力综合仪表；16、24V逆变器；17、电动助力转向；18、电动打气泵；19、打气泵控制器；20、中控信号档位信号；21、手刹信号；22、油门踏板；23、刹车踏板；24、传动轴；25、驱动桥。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本插电式混合动力客车机电耦合系统由以下4区组成：辅助动力系统区、能量源区、传动系统区和控制及信号区；

辅助动力系统区包括电动打气泵18及打气泵控制器19、电动助力转向17及助力转向控制器9、24V逆变器16；能量源区包括发电机5及发电机控制器6、动力电池10及电池管理系统7、充电座11、充电枪12、充电机14；传动系统区包括柴油发动机1、离合器2及离合器分泵4、驱动电机3及电机控制器13；控制及信号区包括整车控制器8、混合动力综合仪表15、中控信号档位信号20、手刹信号21、油门踏板22、刹车踏板23；      

具体连接方式为：驱动电机3为低速大扭矩异步交流电机，该电机同时具有输入、输出轴，其一端为与柴油发动机1花键吻合的输入轴，并且具有和柴油发动机1飞轮壳吻合的连接法兰盘，另一端为与传动轴24链接的输出法兰盘，通过将柴油发动机1的飞轮壳和驱动电机3的连接法兰盘相连接，干式离合器2嵌在柴油发动机1的飞轮壳和驱动电机3的连接法兰盘之间；驱动电机3的输出法兰盘通过传动轴24直接和驱动桥25相连接；柴油发动机通过皮带或齿轮连接发电机5，上述连接全部为机械连接；

发电机5通过三相电缆线和发电机控制器6连接，发电机控制器通过两相电缆线和动力电池10连接；动力电池10通过两相电缆线分别和电动打气泵控制器19、电动助力转向控制器9、24V逆变器16、充电座11、电机控制器13相连接，充电座11、充电枪12、充电机14依次相连；电动打气泵控制器通过三相电缆线和电动打气泵18连接；电动助力转向控制器9通过三相电缆线和电动助力转向17相连接；24V逆变电源通过24V电瓶线和24V电池连接；电机控制器13通过三相电缆线和驱动电机连接；柴油发动机1、发电机控制器6、电池管理系统7、整车控制器8通过控制器局域网络连接；电机控制器13、整车控制器8、混合动力综合仪表15通过控制器局域网络连接；中控信号档位信号20、手刹信号21、油门踏板22、刹车踏板23通过物理线和电机控制器相连接；动力电池10通过物理线和电池管理系统7相连接；

发电机5为永磁同步电机，该发电机5侧挂在柴油发动机的一侧。

具体工作方式如下：驱动电机3的工作状态由电机控制器13协调完成。该驱动电机3和柴油发动机1、干式离合器2进行机械化集成，构成整车驱动系统链。离合器2由液压驱动的离合器分泵4进行控制，通过整车控制器8控制离合器分泵4的供油从而构成电控液压自动离合器系统，实现柴油发动机1和驱动电机3的自动动力耦合。

该驱动系统配置的发电机5为永磁同步电机。该发电机5侧挂在柴油发动机的一侧，缩短了动力系统的前后尺寸，发电机5通过发电机控制器6实现与动力电池10的电气连接。该发电机同时具有发电及ISG功能，可以通过发电机控制器将发电机发出的交流电逆变成直流电传输给电池，也可以将电池内的直流电逆变成交流电传输给电机启动柴油发动机，而整个过程都是由整车控制器8根据整车及零部件状态、司机操作中控信号档位信号20、手刹信号21、油门踏板22、刹车踏板23等信号综合协调完成的。

由于插电式混合动力客车具有较长的纯电动行驶工况，因此对柴油发动机进行了重新匹配标定，调整了柴油发动机的高效区，并去掉了柴油发动机的循环水泵、24V发电机、辅助动力系统等部件，使其装车时成为真正的裸机。对辅助系统进行了电动化设计。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种插电式混合动力客车机电耦合系统，其特征是，包括以下4区：辅助动力系统区、能量源区、传动系统区和控制及信号区；

辅助动力系统区包括电动打气泵及打气泵控制器、电动助力转向及助力转向控制器、逆变器；能量源区包括发电机及发电机控制器、动力电池及电池管理系统、充电设备；传动系统区包括发动机、离合器及离合器分泵、驱动电机及电机控制器；控制及信号区包括整车控制器、数字仪表、中控信号档位信号、手刹信号、油门踏板、刹车踏板；      

具体连接方式为：驱动电机为低速大扭矩异步交流电机，该电机同时具有输入、输出轴，其一端为与发电机花键吻合的输入轴，并且具有和发电机飞轮壳吻合的连接法兰盘，另一端为与传动轴链接的输出法兰盘，通过将发电机的飞轮壳和驱动电机的连接法兰盘相连接，干式离合器嵌在发电机的飞轮壳和驱动电机的连接法兰盘之间；驱动电机的输出法兰盘通过传动轴直接和驱动桥相连接， 发动机通过皮带或齿轮连接发电机，上述连接全部为机械连接；

发电机通过三相电缆线和发电机控制器连接，发电机控制器通过两相电缆线和动力电池连接；动力电池通过两相电缆线分别和电动打气泵控制器、电动助力转向控制器、逆变器、充电设备、电机控制器相连接；电动打气泵控制器通过三相电缆线和电动打气泵连接；电动助力转向控制器通过三相电缆线和电动助力转向相连接；逆变电源通过电瓶线和电池连接；电机控制器通过三相电缆线和驱动电机连接；发电机、发电机控制器、电池管理系统、整车控制器通过控制器局域网络连接；电机控制器、整车控制器、数字仪表通过控制器局域网络连接；中控信号档位信号、手刹信号、油门踏板、刹车踏板通过物理线和电机控制器相连接；动力电池通过物理线和电池管理系统相连接。

2.如权利要求1所述的插电式混合动力客车机电耦合系统，其特征是，所述能量源区还设有变速箱，所述变速箱一端连接驱动电机的输出法兰盘，另一端通过传动轴连接驱动桥。

3.如权利要求1所述的插电式混合动力客车机电耦合系统，其特征是，所述发电机为永磁同步电机或异步交流电机。

4.如权利要求1或3所述的插电式混合动力客车机电耦合系统，其特征是，所述发电机侧挂在发动机的一侧。

5.如权利要求1所述的插电式混合动力客车机电耦合系统，其特征是，所述发电机具有发电及ISG功能。

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